專利名稱：使用指紋識別設(shè)備進(jìn)行片狀物品的驗(yàn)證的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是對物品的自動識別。更具體而言，其涉及使用指紋傳感器對諸如貨幣、價值文檔和身份文檔等片狀物品的識別和驗(yàn)證。
現(xiàn)有技術(shù)對紙幣、帶有商標(biāo)的商品以及身份文檔的自動識別和驗(yàn)證正在越來越受到關(guān)注。 這種驗(yàn)證最通常依靠對諸如紙幣、產(chǎn)品標(biāo)簽或護(hù)照個人身份頁等片狀物品所攜帶的信息的正確識別。在本發(fā)明的上下文中，片狀物品應(yīng)被理解為二維延展的物體，其中第三維相比第一和第二維較小；片狀物體的示例是紙張、織物片、紙板、塑料薄片、信用卡等。在本發(fā)明的上下文中，安全性物品是價值文檔、身份文檔、卡、標(biāo)簽等，它們需要被保護(hù)以防復(fù)制和偽造。傳統(tǒng)的驗(yàn)證需求主要是在紙幣驗(yàn)證的領(lǐng)域中察覺到的。通過多個幾乎專用于貨幣的物理特征，紙幣使得它們適用于由人類用戶進(jìn)行視覺和觸覺驗(yàn)證。在這些特征中，凹版印刷標(biāo)記可能是最顯著的特征。凹版印刷(雕刻銅板印刷)是在貨幣生產(chǎn)過程中使用的重要印刷過程。在該過程中，用高粘度、糊狀墨水來為雕刻銅板(或其鎳復(fù)制品)上墨水，并再次將其表面擦干凈。隨后在高壓下將留在板的雕刻內(nèi)的墨水轉(zhuǎn)移到貨幣用紙上。這樣生產(chǎn)出的凹版印刷特征具有特有的觸感，這是在印刷過程中對紙張加壓以及印刷特征的浮雕(relief)的結(jié)果，該觸感由墨水厚度和部分壓紋的紙張共同產(chǎn)生。這種特有的觸感為外界人們習(xí)慣覺得是“貨幣”。然而，在過去，人類用戶越是能方便地識別貨幣上的凹板印刷標(biāo)記，越是導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)可以檢測和驗(yàn)證這種類型的印刷特征的自動化設(shè)備。自動化凹板驗(yàn)證的第一種方法支持間接路線US 3，599，153 (Lewis，美國紙幣公司(US Banknote Corporation))公開了對凹板印刷標(biāo)記的磁性閱讀；此處的印刷凹板墨水必須包含磁性顏料。在US 3，463，907、US3，778，598和JP2002269616A2中也公開了類似的方法。選擇該方法來用于凹板印刷是因?yàn)槠渌∷⒓夹g(shù)不會沉積足夠量的磁性材料。然而， 這些方法限于沿用磁性凹板墨水印刷的文檔上一條或多條線進(jìn)行掃描；它們不提供一般的印刷凹板圖案的二維圖像。經(jīng)由光學(xué)路線進(jìn)行自動化凹板驗(yàn)證的直接方法由Sidler等人在US4，594，514和 EP 88169B1 “Copperplate printing detection method and device therefore (銅板印刷檢測方法及其裝置)”中公開。受測試的文檔在此處在大約45°的角度下照亮，使得凹板印刷的浮雕產(chǎn)生特有的陰影，這接著由光電池讀取。在所公開的條件下，平坦的、非凹板印刷的標(biāo)記不會產(chǎn)生類似的信號。在US 3, 634, 012 (Mustert)以及JP06171071A2、 JP06301840A2、JP2003248852A2以及JP2001236544A2中公開了類似的方法。這些方法允許對凹板印刷標(biāo)記的非接觸式檢測，并且使用攝像機(jī)代替簡單的光電池能夠提供印刷圖案的二維圖像；然而，它們依賴于難以進(jìn)行小型化的復(fù)雜且體積大的光學(xué)裝置。Bayha在US 3，583，237 (ARDAC/USA)中公開了另一種直接的凹板驗(yàn)證方式。使用機(jī)械觸針來在文檔的表面上移動，所產(chǎn)生的機(jī)械振動被看作是后者上凹板印刷標(biāo)記的浮雕的特征。使用刷子來代替觸針并使用聲學(xué)檢測裝置的類似技術(shù)由Ross在US 5，974，883、 EP 880114B1和US6，253，603以及JP09106466A2中公開。然而，這些機(jī)械掃描方法不提供印刷凹板圖案的二維圖像。由此，在現(xiàn)有技術(shù)中所公開的技術(shù)不能在無需牽涉大體積光學(xué)裝置的情況下對文檔上的印刷凹板浮雕圖案進(jìn)行直接的二維成像。發(fā)明概述現(xiàn)在驚人地發(fā)現(xiàn)，在下文所公開的某些條件下，用于捕捉生物測定指紋浮雕圖案的小型化設(shè)備完美地適用于捕捉紙幣和其它凹板印刷文檔上的凹板浮雕圖案的圖像數(shù)據(jù)。 還發(fā)現(xiàn)可以在這種類型的設(shè)備的幫助下獲取文檔或物品上的各種其它特征的圖像數(shù)據(jù)。指紋讀取技術(shù)是出于生物識別目的來開發(fā)的，且當(dāng)前可以從大量不同的供應(yīng)商處獲得。相應(yīng)的傳感器芯片由許多大型半導(dǎo)體制造商制造，諸如ATMEL、卡西歐、富士通、奧森鐵克(AuthenTec)、索尼、ST微電子、英飛凌Qnfineon)、飛利浦、日立、NEC、意森鐵卡 (Ethentica)等。許多不同的物理原理應(yīng)用于這種傳感器，每一個傳感器都能夠得出有關(guān)人的手指的密紋的信息a)在玻璃板處受抑(衰減)光學(xué)全反射(US 4，805，223)結(jié)合2D-CM0S攝像機(jī)得出放置在所述玻璃板上面的物體(例如手指)的接觸部分的二維圖像；這種類型的傳感器也可用作一維掃描傳感器，其中物體(手指)必須掃過敏感區(qū)；b)薄膜晶體管顯示器可以被用作光學(xué)傳感器并且能夠從放到其頂部玻璃上的手指取得指紋(us 7，023，503 ；US 7，009，663 ；US5, 325，442 ；W02004/036484A1 Jeong Hyun Kim 等人 2000 年 5 月 14 日的 “Fingerprint Scanner Using a_Si:H TFT-array (使用 a-Si:H TFT陣列的指紋掃描儀)，，SID ‘00摘要)；c)具有擴(kuò)展的微電容偏板陣列的微電子電容傳感器可以被用于傳感物體的附近，因此可用于精確地定位接觸手指的凹凸(即指紋)(US 4, 353, 056 ；US 5, 952, 588 ；US 6, 643, 389)；d)具有相應(yīng)的微結(jié)構(gòu)電極陣列的導(dǎo)電膜傳感器也可用于傳感指紋(US 4, 577, 345)；e)觸覺型微電機(jī)裝置(MEMQ可以傳感表面浮雕(壓力傳感器；EP 769754B 1 ；US 7，013，013 ；US 5，844，287 ；US 4，394，773)；f)熱(微測輻射熱、熱電或光電)傳感器是用于從活體取得指紋的較新的選擇 (US 6, 459, 834 ；US 6, 061, 464 ；US 2004/0208345A1)；g)超聲波傳感器也被用于取得指紋信息(US 4，385，831)；
依照本發(fā)明以及所提供的某些條件，本領(lǐng)域中已知和使用的這些技術(shù)中的任一個的指紋讀取設(shè)備可用于驗(yàn)證片狀物品。此處的片狀物品可以是紙張、塑料、紙板、織物等。指紋傳感器還可以是一維掃描陣列類型或二維靜態(tài)陣列傳感器類型。由傳感器取得到的圖像數(shù)據(jù)可用于通過與對應(yīng)于原始物品的預(yù)先記錄的數(shù)據(jù)作比較來驗(yàn)證物品。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“圖像數(shù)據(jù)”包含由所述傳感器響應(yīng)于所傳感的圖像提供的任何數(shù)字輸出。此處的要點(diǎn)是傳感器能夠在片狀物品中的表征物理性質(zhì)的局部變動之間進(jìn)行區(qū)分。驗(yàn)證可以基于物品中或其上產(chǎn)生的至少一個表征物理特征。這種表征特征可以從在制造期間給予物品的固有性質(zhì)得出?；蛘撸鼈兛梢宰鳛榘谄瑺钗锲返恼婊蚍疵娴闹辽僖粋€上的印刷特征(優(yōu)選地為凹板印刷特征)引入。某些類型的傳感器(尤其是熱傳感器)能夠很好地區(qū)分片狀物品上的浮雕的高和低部分，而非主要對印刷色彩敏感。因此它們特別適用于驗(yàn)證貨幣和其它文檔上的凹板印刷標(biāo)記；即它們能夠區(qū)分物品上略微靠近傳感器表面的那些部分和物品上略微遠(yuǎn)離傳感器表面的其它部分。指紋中的高度變化類似于凹板印刷標(biāo)記的高度變化，指紋傳感器確實(shí)適于獲取凹板印刷文檔的浮雕的圖像數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的上下文中特別優(yōu)選的是熱傳感器，諸如微測輻射熱、熱電或光電傳感
ο此處的傳感器可以或者是靜態(tài)的，或者是掃描類型的。在第一種情況下，樣品被放置在傳感器上或其中，或者可選地，傳感器被放置在樣品上。在第二種情況下，樣品被手動或機(jī)械地在傳感器區(qū)域上移動，或者可選地，傳感器被手動或機(jī)械地在感興趣的樣品區(qū)域上移動。指紋傳感器是廣泛可用的設(shè)備；實(shí)際上，生物測定指紋掃描設(shè)備被普及到各種類型的訪問控制和用戶識別。這對于本發(fā)明是一個優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樾率褂眠@種類型的已經(jīng)可用的設(shè)備來測試紙幣、護(hù)照等的真實(shí)性由此方便實(shí)現(xiàn)并且僅需要通過程序補(bǔ)丁實(shí)現(xiàn)的對應(yīng)的圖像處理算法。
具體實(shí)施例方式發(fā)明人成功地使用了不同類型的指紋傳感器來從紙幣或其它凹板印刷文檔獲取凹板浮雕印刷標(biāo)記的圖像數(shù)據(jù)以供驗(yàn)證目的。更一般地，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)可以用這種方式驗(yàn)證任何片狀物品，例如編織或非編織材料。驗(yàn)證特征，即由傳感器檢測到的特征可以是浮雕圖案、編織網(wǎng)格圖案、水印、密度圖案或者任何其它可測量特性圖案。依照本發(fā)明，指紋傳感器可以或者是一維陣列或者是二維陣列傳感器。所述指紋傳感器可以選自受抑光學(xué)全反射傳感器；薄膜晶體管光學(xué)傳感器；微電子電容傳感器；導(dǎo)電膜傳感器；觸覺型微電機(jī)傳感器(MEMQ ；超聲波傳感器；和熱傳感器； 在熱傳感器中尤其優(yōu)選的是熱電傳感器、光電傳感器和微測輻射熱傳感器。熱指紋傳感器是基于半導(dǎo)體電路陣列的，其能夠展現(xiàn)文檔上高區(qū)域和低區(qū)域之間的微小溫度差異。它們被發(fā)現(xiàn)特別適用于獲取印刷凹板浮雕圖案。在光電傳感器的情況下，經(jīng)由適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體材料中的內(nèi)部光電效應(yīng)來直接利用熱紅外輻射的量子能。由于所述量子能相當(dāng)小，因此在工作期間這些檢測器必須被冷卻到低溫以降低來自環(huán)境的輻射的微擾。微測輻射熱傳感器僅僅檢測入射紅外線(和/或其它)輻射的累計(jì)熱能，并在每一像素處產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號。所述電壓代表相對于參考溫度的像素溫度，該參考溫度一般取作半導(dǎo)體芯片的溫度。取決于傳感器的構(gòu)造，此處的電壓可以由熱電或熱阻效應(yīng)引起。 微測輻射熱傳感器原則上是靜態(tài)設(shè)備。熱電傳感器也檢測入射紅外線(和其它)輻射的累積熱能；然而，所述輻射一般由極化的聚偏二氟乙烯的熱電箔收集，從而在每次最輕微的溫度改變時動態(tài)地產(chǎn)生電荷。熱電箔進(jìn)而放置在場效應(yīng)晶體管陣列上，該場效應(yīng)晶體管陣列的柵極由熱電材料產(chǎn)生的電荷觸發(fā)。熱電傳感器對溫度改變敏感，并由此主要是用于掃描檢測的動態(tài)設(shè)備。為了驗(yàn)證片狀物品，使得所懷疑的物體的相應(yīng)部分與傳感器的指紋檢測區(qū)域接觸，或者使得傳感器與物體的相應(yīng)部分接觸，借此圖案的圖像數(shù)據(jù)由連接到指紋傳感器的計(jì)算機(jī)或處理器獲取。所取得的數(shù)據(jù)隨后用于對物品的驗(yàn)證。在熱電傳感器的情況下，使所懷疑的物品的相應(yīng)部分掃過指紋檢測區(qū)域或者使指紋傳感器掃過物品的相應(yīng)部分。熱電傳感器及時展示溫度改變；由此其特別適用于掃描類型檢測。事實(shí)上，這種傳感器類型不會響應(yīng)于僅僅靜態(tài)溫度差異，而是必須使物品動態(tài)地掃過傳感器陣列以獲取圖案。熱電傳感器包括加熱元件，其溫度保持略微高于周圍環(huán)境的溫度，并且被設(shè)置在傳感器的敏感區(qū)域之前，與掃描方向成一直線。物品必須以適當(dāng)?shù)乃俣葤哌^加熱元件以及后面的傳感器區(qū)域，以便獲取圖像。諸如微測輻射熱或光電陣列等其他類型的熱傳感器對靜態(tài)溫度或溫度差異敏感。 它們也可用于實(shí)施本發(fā)明，例如在類似于攝像機(jī)的實(shí)施例中作為二維傳感器陣列，它無需掃描。熱傳感器所獲取的圖像(即圖像數(shù)據(jù)的起源)是熱本質(zhì)的，因?yàn)樗从沉嗽谖锲?(例如文檔)表面短暫地暴露于加熱元件后其上出現(xiàn)的微小的溫度差異。對樣本表面的熱吸收顯著地依賴于樣本的方志，結(jié)果，熱圖像反映出樣本的所述方志。所述方志可以包括諸如由凹板印刷所產(chǎn)生的表面浮雕等浮雕以及網(wǎng)格圖案、密度變化、熱傳導(dǎo)性變化等。所有這些都可以引起所述熱圖像。此外，還發(fā)現(xiàn)在這種熱圖像中甚至還展示出存在于背面(即與所掃描的表面相對的文檔表面)的浮雕。因此，熱圖像特別能夠通過簡單的單面掃描展示正反面凹板印刷。為了識別或驗(yàn)證物品或文檔，對應(yīng)于帶有真實(shí)圖案的原始物品的特征部分的數(shù)據(jù)可以作為規(guī)范被預(yù)先記錄在驗(yàn)證設(shè)備的存儲器中，或者存儲在連接到所述設(shè)備的遠(yuǎn)程服務(wù)器中，并且可以使用適當(dāng)?shù)乃惴ê驼鎸?shí)性準(zhǔn)則將從所懷疑的物品中獲得的圖像數(shù)據(jù)與所存儲的信息作比較。所述比較的結(jié)果指示所懷疑的物品或文檔是否與原始物品或文檔的規(guī)范相匹配。熱圖像還展示諸如可以通過無墨水的凹板印刷獲得的壓紋。此外，示出熱圖像以展示諸如通過寫在放置于其上的一紙張上或甚至其上的若干張紙張上而引起的壓力效應(yīng)在一張紙張上產(chǎn)生的“凹進(jìn)的書寫”。在司法科學(xué)領(lǐng)域，這些“凹進(jìn)的書寫”對于文件檢查特別有用。電容傳感器可以用在替換實(shí)施例中；然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種類型的設(shè)備僅對于金屬或鍍金屬物體(金屬凹板印刷、鍍金屬的紙張、織品等)敏感。金屬印刷或鍍金屬的紙張是導(dǎo)電的，并且允許對傳感器的電容器充電/放電。此外，電容傳感器可以或者是靜態(tài)的，或者是高頻類型；靜態(tài)傳感器依賴于無處不在的環(huán)境電場，而高頻傳感器依賴于特意施加的確定頻率的交變電場。其它傳感器類型，值得注意的超聲波傳感器，也可以用在本發(fā)明的其它實(shí)施例中。 然而，優(yōu)選的是熱傳感器。所述熱傳感器顯著地對紙幣或另一凹板壓印文檔的凹板印刷/ 壓紋敏感。在壓印紙張的情況下，所述傳感器也能夠展示紙張的纖維織構(gòu)的圖像。因此，熱傳感器能夠檢測紙張?zhí)匦?，這可以被用作真實(shí)紙張的固有識別標(biāo)志。該識別標(biāo)志可以從在制造過程中(特別是由用于紙漿脫水的網(wǎng)屏)賦予紙張的性質(zhì)得出。這種網(wǎng)屏通常被做成具有規(guī)則間隔和典型圖案的金屬絲網(wǎng)。也可以通過諸如生成水印(紙張厚度調(diào)節(jié)、紙張密度調(diào)節(jié))或?qū)垙埖奶匾鈮杭y等其它操作在造紙廠引入紙張識別標(biāo)志。紙張還可以用無色清漆壓印，以產(chǎn)生水印仿制品。從真實(shí)紙張取得的熱圖像由此可以包含各種類型的識別標(biāo)志，這些識別標(biāo)志使得技術(shù)人員能夠?qū)⒁环N類型的紙張與另一種區(qū)別開。這些紙張識別標(biāo)志是隨時間穩(wěn)定的，并且即使一特定的紙張由于揉皺、磨損等而損壞這些紙張識別標(biāo)志也保持存在。折痕可能擾亂對確定的圖案或紙張識別標(biāo)志的檢測，但是這種微擾不會具有與要取得的信息相同的特性，這意味著它們可以通過適當(dāng)?shù)膱D像處理算法來過濾掉。為了獲得獨(dú)立于紙張所帶有的印刷特征的紙張識別標(biāo)志，可以使用文檔(例如紙幣)上最合適的位置。熱傳感器也取得熱發(fā)射不同的表面紋理。由此，它也會在一定程度上展示用比其周圍環(huán)境低或高的熱發(fā)射的黑色或彩色墨水制成的平面印刷。當(dāng)熱指紋檢測器在單面上掃描帶有正反凹板印刷標(biāo)記的文檔時，可以通過單面掃描來取得雙面(正面和反面)的疊加的浮雕圖像。這允許例如經(jīng)由簡單的單面掃描來驗(yàn)證正反凹板印刷紙幣。由非凹板印刷技術(shù)對紙幣的仿制品不能通過指紋檢測器的單次掃描產(chǎn)生正反面浮雕的所述疊加，并且由此方便地被識別為非真實(shí)的。在另一實(shí)施例中，指紋檢測器被用于驗(yàn)證編織材料，特別是紡織品。紡織品顯著地是通過特定編織網(wǎng)格圖案內(nèi)部標(biāo)記的；這種圖案可以在數(shù)字編織機(jī)上方便地生成。接著可以使用所標(biāo)記的紡織品，例如作為有商標(biāo)的紡織商品的標(biāo)簽。掃描類型的指紋傳感器的圖像處理算法一般包括圖像獲取和圖像重建部分。圖像獲取部分以足夠的分辨率獲取指紋的一部分的圖像幀序列。圖像重建部分匯編所獲取的幀以形成指紋的完整圖像。接著圖像數(shù)據(jù)可用于進(jìn)一步處理。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中使用的熱電掃描傳感器以4位強(qiáng)度的分辨率遞交例如一幀序列，每個幀是8x280像素?？紤]到連續(xù)的幀的互相重疊，用圖像重建算法來匯編連續(xù)的幀以形成指紋的完整圖像。接著可以將重建的圖像數(shù)據(jù)用于識別片狀物品。依照第一實(shí)施例，例如熱電、微測輻射或光電傳感器等熱傳感器被用于驗(yàn)證諸如印刷文檔或標(biāo)簽等片狀安全性物品；此處使得該物品與傳感器區(qū)域接觸，以便獲得圖像數(shù)據(jù)，并且使用適當(dāng)?shù)乃惴ê皖A(yù)定義的真實(shí)性準(zhǔn)則將該圖像數(shù)據(jù)或至少其部分或從其中得到的數(shù)據(jù)與對應(yīng)于原始物品的預(yù)先記錄的數(shù)據(jù)作比較，并得出真實(shí)性結(jié)果。依照一替換、優(yōu)選實(shí)施例，首先用信號處理算法處理圖像數(shù)據(jù)，該信號處理算法可以包括變換和/或?yàn)V波功能，接著將該圖像數(shù)據(jù)與預(yù)先記錄的數(shù)據(jù)作比較。所述信號處理可以具體地包括高通濾波，用于去除背景噪聲；和/或包括低通濾波，用于去除折痕和抓痕。所述信號處理還可以包括數(shù)學(xué)變換，具體地是積分變換(諸如傅立葉、拉普拉斯、 梅林、漢克爾、阿貝爾、希爾伯特、哈特利、拉東、小波、斯特林、阿達(dá)馬或Z變換)，優(yōu)選的是傅立葉變換。傅立葉變換的結(jié)果獨(dú)立于可能在圖像獲取期間發(fā)生的橫向平移。該獨(dú)立性便于識別確定的識別標(biāo)記或圖案。傅立葉變換的使用也是因?yàn)榉€(wěn)健性爾推薦的。經(jīng)傅立葉變換的數(shù)據(jù)集的每個點(diǎn)顯著依賴于原始數(shù)據(jù)集的每個點(diǎn)，由此諸如可能通過部分破壞爾發(fā)生的一部分原始數(shù)據(jù)的丟失除了增加其背景噪聲之外不會影響經(jīng)傅立葉變換的數(shù)據(jù)。因此，經(jīng)傅立葉變換的識別標(biāo)志特別耐破損和褶皺。圖像數(shù)據(jù)的所述變換可以作為二維變換，或優(yōu)選地(將經(jīng)變換的數(shù)據(jù)簡化為徑向分布)作為一維表示來執(zhí)行，該一維表示獨(dú)立于定向(掃描方向)。旋轉(zhuǎn)的不變性，即從所選掃描方向所取得的信息的不變性使得能夠在實(shí)際應(yīng)用中快速識別物品。在又一實(shí)施例中，可以使用二維傅立葉變換來檢測在片狀物品中特意嵌入的識別標(biāo)志。為此，在二維傅立葉圖中定義了形成例如中央銀行的徵標(biāo)的多個離散的“識別標(biāo)志點(diǎn)”，并且通過印刷技術(shù)來計(jì)算和具體化相應(yīng)的行間隔和方向，例如作為凹板圖像的不同部分中的離散區(qū)。于是，僅圖像數(shù)據(jù)的傅立葉變換會展示隱藏的識別標(biāo)志。對技術(shù)人員顯而易見的是，這種識別標(biāo)志也可以用其它印刷過程(印刷輪廓等)來實(shí)現(xiàn)；此外，它可以例如作為水印嵌入在紙張或片狀物品的底層中。在更一般的方式中，可以在二維傅立葉圖中定義整個識別標(biāo)志圖像，并且可以通過傅立葉逆變換來計(jì)算真實(shí)空間中對應(yīng)的圖案。通過安排僅具有真實(shí)值的經(jīng)變換的圖案， 圖案可以例如作為水印被嵌入在紙張或片狀物品的底層中，或者具體化為片狀物品上的印刷標(biāo)記。對應(yīng)于圖案的識別標(biāo)志圖像僅通過對圖像數(shù)據(jù)的傅立葉變換展示。這種識別標(biāo)志非常耐紙張的破損(揉皺、弄臟)。對技術(shù)人員顯而易見的是，所述嵌入的識別標(biāo)志還可以被加密，使其僅可以經(jīng)由適當(dāng)?shù)慕饷苊荑€來訪問?？蛇x地，使用適當(dāng)?shù)乃惴梢栽趫D像數(shù)據(jù)中確定印刷凹板筆畫圖案的主方向，并且具有與所雕刻的筆畫相似定向的圖像區(qū)域可以被定界并且與從原始圖像獲得的對應(yīng)的預(yù)先記錄的數(shù)據(jù)作比較。所述比較可以例如旨在識別印刷圖案中的特有形狀或確定的標(biāo)記，用于驗(yàn)證目的。還公開了用于驗(yàn)證片狀物品的方法，包括以下步驟a)如上文所公開的那樣使得物品與指紋傳感器接觸；b)從指紋傳感器獲取圖像數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)表示包括在物品中或其上的至少一個表征特征；以及C)使用適當(dāng)?shù)乃惴ê驼鎸?shí)性準(zhǔn)則將圖像數(shù)據(jù)與對應(yīng)于原始物品的參考數(shù)據(jù)做比較，在此得出真實(shí)性結(jié)果。所述圖像數(shù)據(jù)的獲取可以在掃描模式中使用一維陣列指紋傳感器或在靜態(tài)模式中使用二維陣列指紋傳感器來執(zhí)行。
用于驗(yàn)證諸如價值文檔或標(biāo)簽等安全性物品的另一方法的特征在于以下步驟a) 使得物品掃過熱電指紋傳感器的傳感器區(qū)域，或相反亦可，b)獲取所述物品的圖像數(shù)據(jù)，以及c)將所述圖像數(shù)據(jù)或得自其中的數(shù)據(jù)與對應(yīng)于原始物品的預(yù)先記錄的數(shù)據(jù)作比較。所述圖像數(shù)據(jù)可以表示所述物品上的印刷特征，優(yōu)選地是凹板印刷特征。在依照本發(fā)明的還有一方法中，從所述物品的單個、第一面獲取所述圖像數(shù)據(jù)，且所獲取的圖像數(shù)據(jù)表示存在于所述物品第一和第二面兩面上的信息。依照本發(fā)明，在與預(yù)先記錄的數(shù)據(jù)做比較之前，可以用信號處理算法來處理圖像數(shù)據(jù)，包括變換和/或?yàn)V波功能。變換可以是二維變換，優(yōu)選地是傅立葉變換；優(yōu)選地二維變換被簡化為一維表示，以便于快速驗(yàn)證。在用于驗(yàn)證諸如凹板印刷文檔等片狀物品的一種特定方法中，使用用于從物品的正面獲取圖像數(shù)據(jù)的第一熱傳感器和從物品的反面獲取圖像數(shù)據(jù)的第二熱傳感器的結(jié)合。 這樣，可以通過對物品的單次掃描以及對取得的相應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的隨后的相關(guān)來確認(rèn)或否認(rèn)例如凹板印刷標(biāo)記的真實(shí)性。非凹板印刷技術(shù)顯著地不能再現(xiàn)凹板印刷特有的正反可見的壓紋效應(yīng)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，文檔驗(yàn)證設(shè)備包括至少一個指紋傳感器(優(yōu)選的是熱傳感器)和至少一個光學(xué)傳感器的組合，以及用于處理和從兩個傳感器獲取的圖像并將其相關(guān)并得出真實(shí)性結(jié)果的處理裝置。—方面，指紋傳感器捕捉例如由凹板印刷過程在文檔中產(chǎn)生的凹凸的圖像。另一方面，光學(xué)傳感器捕捉文檔上諸如扭索飾或肖像等有色印刷墨水特征的圖像。由凹板印刷過程產(chǎn)生的文檔由此會在兩個傳感器上產(chǎn)生相同的圖像，一次作為壓紋的凹凸，而一次作為有色墨水特征。指紋和光學(xué)傳感器兩者都可以被安排成同時捕捉文檔的相同部分，例如如果壓紋圖像由例如熱傳感器在反面捕捉，而有色墨水特征例如由光學(xué)傳感器在文檔的正面捕捉。兩種類型的傳感器獲取的所述圖像的處理和相關(guān)由處理裝置執(zhí)行，并且允許判定插入到驗(yàn)證裝置中的例如凹板印刷文檔的真實(shí)性。依照該實(shí)施例的裝置顯著地提供對凹板印刷文檔(具體為紙幣)的穩(wěn)健驗(yàn)證，因?yàn)樗试S對顯示沒有對應(yīng)于印刷特征的壓紋的凹板仿造品的辨別。所述光學(xué)傳感器包括可以具體化為例如CXD或CMOS區(qū)域或行掃描攝像機(jī)的圖像捕捉器，以及可以具體化為例如透鏡或菲涅耳透鏡的圖像形成系統(tǒng)，可任選的可以具體化為例如棱鏡、反射鏡或光纖的圖像重定向系統(tǒng)，可任選的可以具體化為例如高通、低通、帶通、陷波、偏振濾波器或其組合，或電光濾波器的濾波器系統(tǒng)，以及可以具體化為例如以紫外線Q00-400nm)、可見光G00_700nm)或紅外線(700_2500nm)波長范圍發(fā)射的至少一個單色或多色發(fā)光二極管(LED)(特別優(yōu)選的是白色LED)的照明系統(tǒng)。文檔優(yōu)選地在掃描模式中驗(yàn)證，即一次由光學(xué)和指紋傳感器的每一個取得圖像的每一行。兩種類型的傳感器被精確地相對于彼此定位，以允許分別由光學(xué)和指紋傳感器取得的兩個數(shù)據(jù)流的精確相關(guān)。從光學(xué)傳感器獲取的展示凹板打印文檔的正面上的印刷彩色圖案的圖像由此應(yīng)該對應(yīng)于從指紋傳感器獲得的展示同一文檔的反面上凹凸浮雕的圖像。 在質(zhì)量不高的壓紋紙上的諸如平面印刷等凹板仿造品不會示出正面上的光學(xué)圖像和反面上的浮雕圖像之間的相關(guān)。
在文檔驗(yàn)證裝置內(nèi)部，使用適當(dāng)?shù)谋３趾蛡鬏斞b置，在導(dǎo)軌中向前移動要驗(yàn)證的文檔，使得將文檔保持在光學(xué)傳感器的焦平面中并接觸指紋傳感器，并且使其以適當(dāng)?shù)乃俣纫苿油ㄟ^設(shè)備?？梢杂檬忠苿游臋n，在這種情況下優(yōu)選地提供編碼器以取得實(shí)際移動速度，或者可選地，它可以在適當(dāng)?shù)臋C(jī)電裝置的幫助下移動。對技術(shù)人員顯而易見的是此處所公開的技術(shù)可用于紙幣、價值文檔、身份文檔等。還公開了一種用于驗(yàn)證片狀物品的系統(tǒng)，包括指紋傳感器、電子處理設(shè)備以及在所述處理設(shè)備上實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理算法。本發(fā)明還公開了使用指紋傳感器作為諸如自動取款機(jī)(ATM)或自動販賣機(jī)(AVM) 等自動現(xiàn)金處理機(jī)器的一部分，旨在驗(yàn)證諸如紙幣等價值文檔?，F(xiàn)在在附圖和示例性實(shí)施例的幫助下進(jìn)一步示出本發(fā)明。

圖1 示意性地示出使用熱電掃描指紋傳感器來驗(yàn)證文檔上的凹板印刷標(biāo)記。圖2 示出了由ATMEL制造的熱電指紋傳感器AT44C104B-EK3的圖片圖3 :a)示出了來自流通中的50瑞士法郎紙幣的部分；b)示出熱電傳感器所獲取的對應(yīng)于紙幣上的名稱印刷的凹板印刷標(biāo)記圖像數(shù)據(jù)的部分。圖4 :a)示出了來自流通中的20歐元紙幣的部分；b)示出來自弓形連接的細(xì)線凹板圖案的細(xì)節(jié)的圖像數(shù)據(jù)；c)示出ISARD凹板線圖案的細(xì)節(jié)的圖像數(shù)據(jù)。圖5 :a)示出來自流通中的20美元紙幣的部分；b)示出了在所示區(qū)域中獲得的、但是取自紙幣反面的凹板印刷的圖像數(shù)據(jù)。c)示出了在數(shù)字濾波以去除折痕、抓痕和噪聲之后相同的圖像數(shù)據(jù)，d)示出了由算法所識別的凹板筆畫的主方向的定界區(qū)，e)示出了如圖5b)中所獲得的圖像數(shù)據(jù)的二維傅立葉變換。f)示出了對圖5e)的二維傅立葉變換的一維簡化。圖6 :a)示出了紡織品標(biāo)簽b)示出了從所示區(qū)域獲得的紡織品標(biāo)簽的圖像數(shù)據(jù)；c)示出了在數(shù)字濾波以去除折痕、抓痕和噪聲后相同的圖像數(shù)據(jù)；d)示出了由算法所識別的相同的圖像數(shù)據(jù)的主方向的定界區(qū)；e)示出了在圖6b)中所獲得的圖像數(shù)據(jù)的二維傅立葉變換；f)示出了圖6e)的二維傅立葉變換的一維簡化。圖7 示出了用于同步捕捉浮雕和光學(xué)圖像數(shù)據(jù)的文檔驗(yàn)證裝置的示例；a)插入了文檔⑶的關(guān)閉的驗(yàn)證裝置，指示了掃描方向；b)打開的文檔驗(yàn)證裝置；該裝置的頂部和底部各自都包含光學(xué)傳感器(701)和熱傳感器(708)；傳感器被互相對齊以便捕捉文檔的頂部和底部兩者的組合的光學(xué)和浮雕圖像；c)穿過關(guān)閉的文檔驗(yàn)證裝置的示意性橫截面。依照圖1，在第一示例性實(shí)施例中，熱指紋傳感器(ATMELAT77C104B-EK3，圖2)被用于獲取新的和已使用的紙幣上的凹板印刷標(biāo)記的圖像數(shù)據(jù)。對于每張紙幣，使提供凹板印刷標(biāo)記的區(qū)域以適當(dāng)?shù)乃俣?大約5厘米/秒)掃過傳感器。傳感器返回表征凹板浮雕印刷的凹凸的圖像數(shù)據(jù)(圖3b、4b3c、5b)。圖3a示出了從流通中獲取的50瑞士法郎紙幣的部分，使其掃過ATMEL熱傳感器的指紋檢測區(qū)域。圖北示出了從圖3a中所示的局部框獲得的熱圖像數(shù)據(jù)，即對應(yīng)于名稱 "Funfzig Franken"的凹板印刷標(biāo)記。清楚地識別出凹板名稱印刷的特性以及由于使用流通中的紙幣而引起的紙張揉皺的可見痕跡。類似地，圖4示出了 20歐元紙幣的部分，其上指示了兩個框。圖4b示出了對應(yīng)于弓形連接的凹板細(xì)節(jié)的熱圖像數(shù)據(jù)；圖4c示出了從ISARD凹板線圖案獲得的熱圖像數(shù)據(jù)。為了識別(驗(yàn)證)紙幣，對應(yīng)于原始凹板印刷標(biāo)記的表征特征的參考數(shù)據(jù)被預(yù)先記錄在驗(yàn)證裝置的存儲器內(nèi)，并且使用適當(dāng)?shù)乃惴▽呙杩梢晌臋n所獲得的圖像數(shù)據(jù)與該預(yù)先記錄的數(shù)據(jù)作比較。依照預(yù)定義的真實(shí)性準(zhǔn)則，所述比較的結(jié)果被用于指示所懷疑的文檔是否匹配原始文檔的規(guī)范。圖5和6示出了可應(yīng)用于所獲取的熱原始圖像數(shù)據(jù)的各種信號處理處置的效果， 以便提高所確定的表征特征的準(zhǔn)確性和/或可見性，或用于得到表征驗(yàn)證識別標(biāo)記。圖fe 示出了來自流通中的20美元紙幣，在其正面有凹板印刷的肖像(Andrew Jackson) 0圖6a 示出了紡織品標(biāo)簽。圖恥、613分別示出了從圖如、6&中的所示區(qū)域獲得的熱圖像數(shù)據(jù)。此處20美元紙幣的圖像數(shù)據(jù)是從凹板印刷肖像的反面獲取的；從紙幣的兩面都可以訪問浮雕印刷。熱傳感器顯然能夠在對壓印紙張的單次、單面掃描中檢測到正反凹板印刷標(biāo)記。通過簡單的單面掃描對雙面凹板圖像數(shù)據(jù)的這種檢測是獨(dú)特的。圖5c、6c示出了在對其執(zhí)行數(shù)字信號處理操作之后相同的圖像數(shù)據(jù)；尤其是分別用于去除折痕、抓痕和高頻噪聲分量的低通和高通濾波。圖5d、6d示出了通過應(yīng)用以下算法分別從圖5c、6c獲得的定向圖對于圖像的每個點(diǎn)，沿多個“連續(xù)的”所選方向取排成一行的η個相鄰像素之和， 并且該點(diǎn)處的線的最佳定向基于所獲得的最大值來確定?；谌绱双@得的方向圖，可以為具有與雕刻的筆畫相似定向的圖像區(qū)域定界并將其與從原始圖像獲得的預(yù)先記錄的數(shù)據(jù)作比較。所述比較的結(jié)果指示依照預(yù)先建立的真實(shí)性準(zhǔn)則，所懷疑的文檔是否匹配原始文檔的規(guī)范。在凹板印刷的情況下，該定向圖特別有用，該定向圖由在確定區(qū)域內(nèi)具有大致相同方向的大致規(guī)則地間隔的線筆畫組成。圖5d示出了對這種凹板印刷區(qū)域的識別。在紡織品的情況下(圖6d)，由于編織材料的交叉線，沒有清楚定義的筆畫方向可用。依照本發(fā)明的又一實(shí)施例，對所獲取的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行頻譜數(shù)據(jù)處理。優(yōu)選的算法是傅立葉變換，它將數(shù)據(jù)從空間取到頻域，并允許去除可能在掃描操作期間發(fā)生的平移效應(yīng)。由于凹板印刷包含雕刻的線，它們通常是以規(guī)則的間隔走向的，頻譜表示允許區(qū)分和突出出現(xiàn)在所掃描的區(qū)域內(nèi)這些特定的頻率。圖k和6e分別示出了圖^、6b的熱圖像數(shù)據(jù)的二維傅立葉變換。這種變換可以使用庫利和圖基的快速傅立葉變換算法(FFT)來高效地計(jì)算。2D-FFT表示在圖像平面中的特有頻率及其相對方向。圖5e、6e中的可見暗區(qū)分別示出了在圖S3、6b中給出的原始圖像數(shù)據(jù)的主要頻率分量的方向和重要性。通過與從經(jīng)鑒定的原始文檔獲得的預(yù)先記錄的數(shù)據(jù)(參考數(shù)據(jù))作比較，所懷疑的物品的熱圖像數(shù)據(jù)的2D-FFT的特有特征可用于識別物品。
原始圖像的旋轉(zhuǎn)(例如通過在與用于生成參考數(shù)據(jù)的掃描方向不同的方向掃描文檔)將產(chǎn)生2D-FFT圖的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)。因?yàn)闆]有平移的可能，所以比較機(jī)制可以簡單地考慮這種潛在旋轉(zhuǎn)。如技術(shù)人員所公知的，例如可以使用旋轉(zhuǎn)角作為相關(guān)參數(shù)，通過參考和樣本數(shù)據(jù)兩者的數(shù)學(xué)相關(guān)來計(jì)算旋轉(zhuǎn)。如果歸一化的相關(guān)值在確定的旋轉(zhuǎn)角處接近單位，那么確認(rèn)了被懷疑的物品的真實(shí)性?；蛘?，也可以使用反復(fù)試驗(yàn)方法來查明所懷疑的物品是否匹配參考數(shù)據(jù)?；蛘?，為了消除角度依賴性，也可以將2-D傅立葉變換圖簡化為一維表示。這可以通過以下形式的簡單算法實(shí)現(xiàn)，其中f(x，y)表示范圍從(-xman，-ymax)到(xman，ymax)的 2-D傅立葉變換圖，而I (r)表示范圍從0到rmax的一維表示對于 r: = 0 到 rmax, I [r] = 0對于 χ: = -xmax 至Ij xmax,開始對于 y: = -ymax 至Ij ymax,開始r = integer (sqrt (χ * χ+y * y))；I[r] = I[r]+f[x, y]；(*閥值選項(xiàng)*);如果f[x, y] > 閥值，那么 I [r] = I [r] +f (χ, y)；結(jié)束(*對于y*);結(jié)束(*對于χ*);(*縮放選項(xiàng)*)對于 r: = 1 到 rmax, I [r] =I [r]/r如此獲得的傅立葉圖的一維表示是凹板或其它圖案的掃描方向無關(guān)以及平移無關(guān)的識別標(biāo)記，并且可用于直接將被懷疑的物品的特性與對應(yīng)的參考數(shù)據(jù)作比較。圖7示出了本發(fā)明的還有一實(shí)施例，用于對文檔上的凹板浮雕和印刷的彩色特征進(jìn)行同時驗(yàn)證。至少一個光學(xué)傳感器和至少一個熱傳感器彼此對齊，以便同時掃描凹板印刷的文檔的正面和反面。參考圖7a，文檔被插入到文檔驗(yàn)證裝置中并且沿著所示的方向橫向掃描。如圖7b 所示，該驗(yàn)證裝置在頂部和底部都各自包含了光學(xué)傳感器(701)和熱傳感器(708)；傳感器相互對齊以便捕捉文檔的頂部和底部兩者的組合的光學(xué)和浮雕圖像。該裝置還包括用于向前移動文檔的傳輸裝置，以及將文檔保持在光學(xué)傳感器的焦平面中并與熱傳感器接觸的導(dǎo)軌。圖7c示出了穿過該文檔驗(yàn)證裝置的示意性橫截面。存在光學(xué)和熱傳感器的兩種組合，兩種類型的每一種的兩個傳感器各自面對面對齊在底部左側(cè)的熱傳感器(708)排列在光學(xué)傳感器(701)之前，該組合包括具體化為45°棱柱的圖像重定向系統(tǒng)(705)、具體化為聚焦透鏡的圖像形成系統(tǒng)(704)、具體化為頂截止濾波器的濾波器系統(tǒng)(70 、具體化為線掃描CCD攝像機(jī)的圖像捕捉器(702)以及具體化為兩個白LED的照明系統(tǒng)(706)。還提供了保持所述文檔靠近所述傳感器的保持和傳輸裝置(707，707’)。提供了光學(xué)和熱傳感器的第二組合(701，、702，、703，、704，、705，、706，、708，)用于同時從反面掃描文檔。這在文檔包含雙面凹板印記的情況下尤其需要。將兩個傳感器定位成面對面便于將所獲取的圖像進(jìn)行相關(guān)。處理單元處理由光學(xué)和熱傳感器的兩個組合獲得的所獲取的圖像數(shù)據(jù)。在所述處理單元上實(shí)現(xiàn)的相應(yīng)算法允許比較圖像，即識別由光學(xué)傳感器(701，701，)展示的凹板印刷是否匹配熱傳感器(708， 708')展示的壓紋浮雕。人體工程學(xué)文檔導(dǎo)軌用于方便文檔驗(yàn)證裝置中文檔的前進(jìn)。保持和傳輸裝置 (707)用于確保熱和光學(xué)傳感器的正確的圖像獲取，此外，這些所述裝置允許維持文檔正確地定位在導(dǎo)軌中?？梢蕴峁┚幋a器以使得處理裝置能夠取得導(dǎo)軌中文檔的實(shí)際移動速度。對技術(shù)人員顯而易見的是，本發(fā)明所公開的技術(shù)還用于識別除了印刷標(biāo)記外的其它特征，例如在其制造過程期間產(chǎn)生或引入到紙張或片狀物品的基礎(chǔ)材料中的紙張識別標(biāo)記。這種紙張識別標(biāo)記可以從在制造過程中由用于紙漿脫水的網(wǎng)屏和/或在造紙廠完成的其它處理中賦予紙張的內(nèi)在特性。引入和檢測紙張識別標(biāo)記以及印刷標(biāo)記的可能性提供了對紙幣或另一價值或身份文檔的類型以及起源進(jìn)行機(jī)器檢測的新的機(jī)會。例如，如果自動取款機(jī)(ATM)要僅接受一種普通類型的紙幣，那么嵌入在該ATM內(nèi)的熱指紋傳感器會能夠基于相應(yīng)的紙張識別標(biāo)記來方便地檢測它。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，熱指紋傳感器被嵌入到自動取款機(jī)(ATM)中，用于識別紙幣。一般地，允許對紙幣的跟蹤能力的所述識別可以按兩種方式發(fā)生一方面，在組級別的識別，例如識別紙幣的名稱，另一方面，在物品級別，即定義個別紙幣的真實(shí)性和唯一性。發(fā)現(xiàn)也可以從在熱指紋檢測器的幫助下獲得的圖像數(shù)據(jù)讀出(解碼)紙幣和其它片狀物品的凸版印刷機(jī)印刷的序列號。在諸如紙張識別標(biāo)記、凹板印刷標(biāo)記等個別紙幣及其預(yù)先記錄的“識別標(biāo)記”的可見序列號之間的匹配允許檢查紙幣的個體身份。預(yù)先記錄的“識別標(biāo)記”是可以存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)的原始物品的那些“識別標(biāo)記”。一般地，ATM被連接到銀行間網(wǎng)絡(luò)，使得人們能夠從他們的帳戶提款或向他們的帳戶存款，無論哪一種。用于存款或自動兌換的紙幣接收器需要對所接受到的紙幣的可靠驗(yàn)證。至少一個熱指紋傳感器可以被嵌入在ATM中并依照本發(fā)明使用，作為執(zhí)行這種紙幣驗(yàn)證的快速而簡單的工具。在另一應(yīng)用中，至少一個熱指紋傳感器被嵌入到AVM(自動販賣機(jī))中。當(dāng)消費(fèi)者提供所需量的貨幣時，販賣機(jī)分發(fā)商品或交通票。AVM接受偽造的紙幣是反復(fù)出現(xiàn)的問題。 在用于商品和公共交通票自動販賣機(jī)中實(shí)現(xiàn)的熱指紋傳感器可有效地有助于解決該問題。
權(quán)利要求
1. 一種用于驗(yàn)證片狀物品的系統(tǒng)，包括加熱元件，可用于將片狀物品暴露于所述加熱元件，所述片狀物品包括在所述片狀物品內(nèi)或所述片狀物品上的至少一個特性特征；具有傳感器區(qū)域的熱傳感器，可用于當(dāng)所述片狀物品暴露于所述加熱元件之后與所述傳感器區(qū)域相接觸時從所述片狀物品獲取圖像數(shù)據(jù)，所獲取的圖像數(shù)據(jù)代表包括在所述片狀物品內(nèi)或所述片狀物品上的至少一個特性特征； 電處理設(shè)備；在所述電處理設(shè)備上實(shí)施數(shù)據(jù)處理算法和驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，可用于將所述圖像數(shù)據(jù)或者由其推導(dǎo)出的數(shù)據(jù)與對應(yīng)于原始片狀物品內(nèi)或原始片狀物品上的特性特征的參考數(shù)據(jù)作比較從而推導(dǎo)出驗(yàn)證結(jié)果； 其特征在于，所述熱傳感器是熱電指紋傳感器，可用于當(dāng)在所述傳感器區(qū)域上移動所述片狀物品時獲取所述圖像數(shù)據(jù)；以及所述熱電指紋傳感器包括所述加熱元件，配置所述加熱元件的溫度微高于周圍環(huán)境的溫度，以及設(shè)置所述加熱元件在所述片狀物品在所述傳感器區(qū)域上移動的方向上在所述熱電指紋傳感器的傳感器區(qū)域之前，以便所獲取的圖像數(shù)據(jù)反映所述片狀物品的表面暴露于所述加熱元件后其上出現(xiàn)的微小的溫度差異。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用指紋識別設(shè)備進(jìn)行片狀物品的驗(yàn)證，公開了使用生物測定指紋傳感設(shè)備以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理算法來驗(yàn)證印刷文檔或產(chǎn)品，尤其是紙幣、價值文檔或身份文檔上的凹板印刷標(biāo)記。也公開了相應(yīng)的驗(yàn)證裝置。
文檔編號G07D7/20GK102236926SQ201110206540
公開日2011年11月9日 申請日期2007年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月23日
發(fā)明者E·德庫爾 申請人:錫克拜控股有限公司